KR20160042274A - 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대차를 구비하는 견인차체와 대차가 없는 피견인차체 관절부에 링크장치를 연결하여, 철도차량 운행시 곡선구간에서 발생하는 대차 윤축과 궤도 간의 각도인 공격각(attack angle)을 감소시킴으로써 차량의 곡선 통과성능을 향상시키고 직선 주행 시 발생하는 차체 횡방향 진동을 윤축에 최소화함으로써 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량에 관한 것이다.

Description

저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량{Steering system and low-floor articulated vehicles using the same}

본 발명은 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대차를 구비하는 견인차체와 대차가 없는 피견인차체 관절부에 링크장치를 연결하여, 철도차량 운행시 곡선구간에서 발생하는 관절부 회전각으로부터 견인차체의 윤축 조향각을 동기화시킴으로써 곡선 통과성능을 향상시키고, 직선 주행 시 발생하는 차체 횡 방향 진동을 흡수하는 선형베어링을 통해 차체 대차의 상대적 횡 방향 진동으로 인한 윤축의 횡 방향 및 요(yaw) 방향 진동을 최소화함으로써 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량에 관한 것이다

일반적으로, 대차는 차체의 중량을 지지하고, 견인 및 제동을 발생시키며, 상기 차체와 자유롭게 유동하여 철도차량의 주행을 원활하게 하는 장치이다.

따라서 철도차량용 대차는 차륜과 차축으로 이루어진 전후방 윤축과, 상기 전후방 윤축의 양단부를 지지하는 저널박스와, 상기 대차의 프레임과 저널박스의 사이에 차륜으로부터 전달된 진동을 감쇄하는 1차 현가장치 등이 장착된다.

그런데 상기 1차 현가장치는 윤축의 상하방향 변위를 감쇄하는 능력은 탁월하지만, 철도차량의 직선주행시 불규칙적으로 발생하는 윤축의 전후방향 변위를 감쇄하는 능력이 취약하므로, 철도차량의 직진안정성을 확보하기 위해서는 1차 현가장치의 강성을 일정 수준 이상으로 유지할 필요가 있었다.

그러나 상기 1차 현가장치의 강성을 일정 수준 이상으로 유지하는 경우, 철도차량의 곡선통과 성능이 저하되어 차륜과 레일의 마찰에 의한 마모가 발생하게 되며, 차륜 횡압이 증가하여 차량의 안정성에 악영향을 초래하고, 차륜 플랜지의 마모에 의한 차륜 삭정 주기가 단축되어 차륜 교체에 따른 고비용을 부담해야 하는 문제가 발생한다.

상기와 같이, 종래의 철도차량용 대차 설계에서는 고속 주행안정성과 곡선 추정성의 2가지 요구조건을 동시에 만족시키는데 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은, 대차를 구비하는 견인차체와 대차가 없는 피 견인차체 관절부에 링크장치를 연결하여 철도차량 운행시 곡선구간에서 발생하는 관절부 회전 각으로부터 견인차체의 윤축조향각을 동기화시킴으로써 곡선 통과성능을 향상시키고, 직선 주행 시 발생하는 차체 횡 방향 진동을 흡수하는 선형 베어링을 통해 윤축의 횡방향 진동 및 요방향 진동을 최소화함으로써 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치는, 하부에 대차를 구비하는 견인차체와 대차가 없는 피견인차체가 반복 연결된 저상 관절 차량의 조향장치에 있어서, 상기 대차를 구비하는 견인차체의 전위, 후위 윤축과 상기 대차가 없는 피견인차체의 링크연결부를 연결하는 링크장치를 포함하며,상기 링크장치는 상기 대차를 구비하는 견인차체와 상기 대차가 없는 피견인차체 사이의 관절부의 회전각을 이용하여 윤축의 조향각을 조절하는 것을 특징으로 하는 한다.

또한, 상기 링크장치는 대차를 구비하는 견인차체의 전위 윤축 양단부에 각각 연결되는 제 1 링크, 대차가 없는 피견인차체의 링크연결부 양측에 연결되는 제 2 링크, 상기 제 1 링크와 제 2 링크를 연결하는 제 3 링크로 이루어지며, 상기 링크장치는 윤축의 양단부에 각각 'Z'자 형태로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링크장치는 제 3 링크과 후위 윤축을 연결하는 제 4 링크를 포함한다.

또한, 상기 링크연결부는 제 2 링크와 연결되는 연결기와, 상기 연결기에 연결된 선형베어링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링크연결부는 대차가 없는 피견인차체 전방에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선형 베어링은 횡 방향으로 동작하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 저상 관절 차량은 상기 저상 관절 차량용 조향장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량에 따르면, 철도차량 운행 시 곡선구간에서 관절부의 회전각을 윤축의 조향각에 동기화시킴으로써 윤축과 궤도 간의 각도인 공격각(attack angle)을 줄일 수 있으며, 이로 인해 차량의 소음, 차륜 및 궤도의 마모가 감소하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치의 링크는 윤축간 연결되고 이를 대차가 없는 피견인차체의 선형베어링에 연결하여, 철도차량의 직선주행시 불규칙적으로 발생하는 후위차체의 횡방향 변위의 영향을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 저상 관절 차량을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량이 직선 구간을 주행할 때의 조향장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 상기 도 2의 'A'부위를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량이 곡선 구간을 주행할 때의 조향장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 상기 도 4의 'B'부위를 확대한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 저상 관절 차량을 나타낸 모식도이이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 하부에 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)와 대차(40)가 없는 피견인차체(20)가 반복 연결된 저상 관절 차량의 조향장치에 있어서, 상기 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)의 전위, 후위 윤축(31)(32)과 상기 대차(40)가 없는 피견인차체(20)의 링크연결부(200)를 연결하는 링크장치(100)를 포함하며, 상기 링크장치(100)는 상기 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)와 상기 대차(40)가 없는 피견인차체(20) 사이의 관절부(300)의 회전각에 의해 윤축의 조향각이 조절된다.

상기 링크장치(100)는, 일단부가 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)의 전위 윤축(31) 단부에 힌지 연결된 제 1 링크(110), 일단부가 상기 대차(40)가 없는 피견인차체(20)의 링크연결부(200)에 힌지 연결되는 제 2 링크(120), 상기 제 1 링크(110)의 타단부와 제 2 링크(120)의 타단부를 힌지 연결하는 제 3 링크(130) 및 상기 제 3 링크(130)의 중간 부분과 상기 견인차체(10) 후위 윤축(32)의 단부에 연결되는 제 4 링크(140)로 구성된다.

상기 링크장치(100)에서 제 1 링크(110), 제 2 링크(120) 및 제 3 링크(130)는 힌지 연결된 상태에서 전체적으로 'Z'자 형태를 이루며 서로 힌지 연결되고, 상기 제 3 링크(130)에 힌지 연결되는 제 4 링크(140)를 통해 후위 윤축(32)의 단부에 힌지 연결된다.

또한, 상기 링크장치(100)는 조향 시스템의 복잡도를 낮추기 위해 전위, 후위 윤축(31)(32) 링크의 연결 없이 상기 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)의 후위 윤축(32)의 단부와 대차(40)가 없는 피견인차체(20)의 링크연결부(200)와 연결되는 단수의 링크로 형성될 수도 있다.

이때, 상기 제 1 링크(110)의 단부는 대차(40)의 전위 윤축(31)과 힌지식으로 연결되고, 상기 제 1 링크의 타단부는 제 3 링크(130)의 일단부와 힌지식으로 연결된다.

또한, 제 2 링크(120)의 단부는 제 3 링크(130)의 타단부와 힌지식으로 연결되고, 제 2 링크(120)의 타단부는 링크연결부(200)의 연결기(210)에 힌지식으로 연결된다.

또한, 제 4 링크(140)의 일단부는 제 3 링크(130)의 중간 부분과 힌지식으로 연결되고, 제 4 링크(140)의 타단부는 후위 차륜(30)의 윤축과 힌지식으로 연결된다.

한편, 상기에서 두 구성요소의 힌지식 결합은 공지의 1축 회전을 가능하게 하는 힌지수단이 적용될 수 있다.

상기 링크장치(100)와 연결되는 링크연결부(200)는 대차(40)가 없는 피견인차체(20) 전방에 위치하고 제 2 링크(120)와 체결하는 연결기(210)와 상기 연결기(210)에 결합된 선형베어링(220)으로 구성된다.

상기 선형베어링(220)은 대차(40)가 없는 피견인차체(20)의 횡 방향 변위와 윤축 yaw 변위에 영향을 주지 않기 위해 설치되어 횡 방향으로 동작하도록 형성되고, 차량의 직선 주행 시 불규칙적으로 발생하는 후위차체의 횡 방향 변위의 영향을 최소화한다.

또한, 상기 연결기(210)는 제 2 링크(120)와 힌지 연결되어 관절부(300)의 회전 발생 시 상기 선형베어링(220)에 의해 횡 방향으로 이동된다. 이로 인해 상기 연결기(210)에 힌지연결된 제 2 링크(120)의 변위가 발생하며, 발생한 변위에 의해 제 3 링크(130), 제 1 링크(110), 제 4 링크(140)가 작동하여 관절부(300) 회전에 의해 윤축의 변위가 발생된다.

따라서, 대차(40)를 구비한 견인차량과 대차(40)가 없는 피견인차량이 연결되어 번갈아 조합된 구성의 차량에 있어서, 차량이 곡선구간에 진입하면, 두 차량의 관절부(300)에서는 회전이 발생하고, 이로 인해 링크장치(100)로 연결된 견인차량의 윤축의 회전각이 유동적으로 관절부(300) 회전각에 동기화됨으로써, 곡선 주행 시 원활하고 안정된 곡선 통과성능을 제공한다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 실시 예의 작용은 다음과 같다.

먼저, 도 2는 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량이 직선 구간을 주행할 때의 조향장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 상기 도 2의 'A'부위를 확대한 도면이다.

또한, 도 4는 본 발명의 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량이 곡선 구간을 주행할 때의 조향장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 상기 도 4의 'B'부위를 확대한 도면이다.

도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명의 링크 구조를 가지는 저상 관절 차량에서, 하부에 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)와 하부에 대차(40)가 없는 피견인차체(20)에서는 직선 구간 주행에 의한 횡 방향 진동이 발생하는데, 상기 횡 방향 진동은 직선 주행 시 속도가 높아질수록 증가한다.

도 3은 상기 도 2의 'A'부위를 확대한 도면으로써, 직선 구간에서의 링크장치(100)의 형상을 도시하고 있다. 도 3에서와 같이 저상 관절 차량의 직선 주행, 특히 고속 직선 주행에서는 링크장치(100)의 회전이나 윤축의 회전이 발생하지 않으나, 주행으로 인해 차체의 횡 방향 진동이 발생한다.

이때 상기 횡 방향 진동을 선형베어링(220)을 통해 흡수함으로써 고속 직선 주행 시 발생할 수 있는 차체의 횡 방향 변위에 의한 윤축의 영향이 감소하며, 이로 인해 차륜(30)에 전달되는 횡 방향 진동을 최소화하여, 저상 관절 차량의 주행 안정성을 제공한다.

또한, 도 4 내지 5에서 도시한 바와 같이 본 발명의 링크 구조를 가지는 저상 관절 차량은 곡선 구간 주행 시, 대차(40)를 구비하는 견인차체(10)와 대차(40)가 없는 피견인차체(20) 사이의 관절부(300)에서 회전각이 발생하게 되는데, 이때 발생한 회전각에 의해 윤축의 조향각을 조정하게 된다.

상기 관절부(300) 회전각(α)에 대응되는 윤축 조향각(β)은, 비례관계 변수(K)로 설계되며, 상기 관절부(300) 회전각(α)과 비례관계 변수(K)의 곱으로 나타낼 수 있다.이때 비례관계 변수(K)의 값은 약 0.08~0.15의 값을 가진다. 상기 관절부(300) 회전각(α)에 대응되는 윤축 조향각(β)의 형성은 다음과 같다.

먼저, 저상 관절 차량의 곡선 구간 주행 시 관절부(300)의 회전각이 발생하면, 상기 관절부(300) 회전각에 의해 링크연결부(200) 연결기(210)의 횡 방향 이동이 발생하게 된다. 따라서 제 2 링크(120)가 연결된 연결기(210)의 횡 방향 이동으로 인해 제 2 링크(120)와 연결된 제 3 링크(130)의 각도가 조정되고, 제 3 링크(130)와 연결된 제 1 링크(110)와 제 4 링크(140)가 조정된 제 3 링크(130)의 각도에 의해 각각 전위, 후위 윤축(31)(32)의 각을 조정하여 관절부(300)의 회전각에 대응하는 조향각이 형성된다.

따라서, 본 발명에 따른 저상 관절 차량용 조향장치 및 이를 이용한 저상 관절 차량에 따르면, 철도차량 운행 시 곡선구간에서 관절부(300)의 회전각을 윤축의 조향각에 동기화시킴으로써 윤축과 궤도 간의 각도인 공격각(attack angle)을 줄일 수 있으며, 이로 인해 차량의 소음, 차륜(30) 및 궤도의 마모가 감소할 수 있다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

10 : 견인차체 20 : 피견인차체
30 : 차륜 31 : 전위 윤축
32 : 후위 윤축 40 : 대차
100 : 링크장치 110 : 제 1 링크
120 : 제 2 링크 130 : 제 3 링크
131: 고정부 140 : 제 4 링크
200 : 링크연결부 210 : 연결기
220 : 선형베어링 300 : 관절부
α : 관절부 회전각 β : 윤축 조향각

Claims (7)

1. 하부에 대차를 구비하는 견인차체와 대차가 없는 피견인차체가 반복 연결된 저상 관절 차량의 조향장치에 있어서,
   상기 대차를 구비하는 견인차체의 전위, 후위 윤축과 상기 대차가 없는 피견인차체의 링크연결부를 연결하는 링크장치를 포함하며,
   상기 링크장치는 상기 대차를 구비하는 견인차체와 상기 대차가 없는 피견인차체 사이의 관절부의 회전각을 이용하여 윤축의 조향각을 조절하는 저상 관절 차량용 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크장치는 대차를 구비하는 견인차체의 전위 윤축 양단부에 각각 힌지 연결되는 한 쌍의 제 1 링크,
   대차가 없는 피견인차체의 링크연결부 양측에 각각 힌지 연결되는 한 쌍의 제 2 링크,
   상기 제 1 링크와 제 2 링크를 힌지 연결하며, 고정부에 의해 중앙부의 위치가 고정된 상태로 회동이 가능한 한 쌍의 제 3 링크로 이루어진 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량용 조향장치.
3. 제 1 항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 링크장치는 제 3 링크의 중간 부분과 후위 윤축의 양단부를 힌지 연결하는 제 4 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량용 조향장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크연결부는 제 2 링크와 연결되는 연결기와,
   상기 연결기에 연결된 선형베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량용 조향장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크연결부는 대차가 없는 피견인차체 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량용 조향장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 선형 베어링은 횡 방향으로 동작하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량용 조향장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된,
   상기 저상 관절 차량용 조향장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 저상 관절 차량.

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